RU2824784C2 - Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления - Google Patents
Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2824784C2 RU2824784C2 RU2023102911A RU2023102911A RU2824784C2 RU 2824784 C2 RU2824784 C2 RU 2824784C2 RU 2023102911 A RU2023102911 A RU 2023102911A RU 2023102911 A RU2023102911 A RU 2023102911A RU 2824784 C2 RU2824784 C2 RU 2824784C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- parts
- selective laser
- resistant alloy
- laser melting
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims description 17
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ с использованием аддитивных технологий. Может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем. Деталь из порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ изготавливают путем селективного лазерного сплавления при мощности лазерного излучения от 250 до 350 Вт, скорости сканирования от 500 до 700 мм/с, с шагом сканирования от 0,1 до 0,15 мм и толщиной слоя 50 мкм. Затем проводят термическую обработку при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение детали осуществляют на воздухе. Обеспечивается получение деталей с низкой пористостью, высокими механическими свойствами и низким уровнем остаточных напряжений. 1 табл.
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям (технология Selective laser melting, SLM, селективное лазерное сплавление, СЛС), а именно к изготовлению деталей технологией селективного лазерного сплавления металлических порошков жаропрочных никелевых сплавов, и может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем.
Известны способы (патенты РФ №2371512 и №2285736) получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов с количеством γ'-фазы более 40%, основанных на многостадийной деформации слитка и последующей термической обработке при температуре ниже температуры полного растворения γ'-фазы.
Известен способ (патент РФ 2623537 С2) изготовления деталей послойным лазерным сплавлением металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий послойное нанесение порошка хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля на подложку и селективное сплавление лазерным лучом слоев металлического порошка с формированием детали, горячее изостатическое прессование полученной детали в среде аргона и ее термическую обработку.
Недостатком этих способов является низкий и неоднородный уровень механических свойств.
С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ получения изделия из жаропрочных никелевых сплавов с высокой прочностью и жаропрочностью, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку.
Стоит также отметить, что диапазон нахождения рациональных технологических параметров сканирования, при котором формируются требуемые по качеству слои, очень узок и строго индивидуален для каждого материала и морфологии порошка.
На сегодняшний день определение рациональных технологических параметров сканирования осуществляется экспериментально, путем изготовления большого количества специальных образцов, с последующим исследованием их структуры и механических свойств. Таким образом, подбор параметров экспериментальным путем для сложных технологических процессов является трудоемкой задачей. Учитывая большое количество регулируемых параметров, потребуется немало временных и материальных затрат для определения их рациональных значений. Кроме того, неправильно подобранная область их поиска, может привести к неудовлетворительному результату исследований, и как следствие, к низким механическим свойствам синтезированного материала.
Предлагаемый способ отличается от известных тем, что изготовление деталей производят послойно из металлического порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения от 250 до 350 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм. Термическая обработка проводится при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение деталей происходит на воздухе.
Технический результат - получение функциональных деталей технологией селективного лазерного сплавления, высокие механические характеристики деталей достигаемые за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая плотность деталей за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая производительность процесса за счет применения высокой скорости сканирования, низкий уровень остаточных напряжений, и как следствие, высокая точность размеров и расположения поверхностей, существенное повышение коэффициента использования материала (КИМ).
Технический результат достигается за счет того, что изготовление деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления проводят при оптимальных технологических параметрах, а именно мощность лазерного излучения 250 до 350 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм. Термическая обработка проводится при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение деталей происходит на воздухе.
Технический результат достигается за счет того, что при применении оптимальных технологических параметров изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления достигается высокая плотность материала за счет подвода оптимального количества энергии. Так, например, при использовании не оптимальных технологических параметров (низкой мощности лазерного излучения совместно с высокой скоростью сканирования) не будет подводиться достаточной энергии для полного расплавления порошка что не позволяют получить хорошей зоны перекрытия между слоями и соседними векторами сканирования. При использовании режимов с высокой мощностью лазерного излучения и низкой скоростью сканирования, на материал будет подаваться избыточное количество теплоты, и плавление материала будет происходить в режиме, который называется «замочной скважиной». При этом режиме лазерный луч локально создает температуру достаточную для испарения материала, что приводит к возникновению высокой пористости материала и, как следствие, к его низким механическим свойствам.
Низкий уровень остаточных напряжений достигается за счет применения термической обработки, которая проводится при температуре 1100=100°С в течение 2 часов с охлаждением деталей на воздухе. Термическая обработка проводится после изготовления детали технологией селективного лазерного сплавления и до отрезки детали от платформы построения. Поэтапное повышение температуры в процессе термической обработки позволяет избежать появления трещин и короблений, а также приводит к более равномерному снятию остаточных напряжений.
Предлагаемым способом были изготовлены полномасштабные цилиндрические образцы для испытания на одноосное растяжение.
Для осуществления изобретения образцы изготавливались из порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходил внутри герметичной камеры в среде защитного газа.
Термическая обработка проводится при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение деталей происходит на воздухе.
Результаты испытаний механических свойств образцов, изготовленных предлагаемым способом, представлены в таблице 1.
Контроль плотности изготовленных образцов осуществлялся путем проведения томографического контроля. По результатам исследований, объем пустот составил менее 0,001% от объема образцов.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать функциональные детали с достаточным уровнем механических свойств, высокой плотностью и низким КИМ.
В результате этого, применение предлагаемого способа изготовления изделий из порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления позволит повысить КИМ, снизить затраты на изготовление технологической оснастки, сократить время изготовления деталей в несколько раз.
Claims (1)
- Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ, включающий селективное лазерное сплавление с использованием металлического порошка, отличающийся тем, что в качестве металлического порошка используют порошок сплава ХН50ВМТЮБ, а селективное лазерное сплавление проводят при мощности лазерного излучения от 250 до 350 Вт, скорости сканирования от 500 до 700 мм/с, с шагом сканирования от 0,1 до 0,15 мм и толщиной слоя 50 мкм с последующей термической обработкой при температуре 1100±100°С в течение 2 часов и охлаждением детали на воздухе.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2023102911A RU2023102911A (ru) | 2024-08-08 |
| RU2824784C2 true RU2824784C2 (ru) | 2024-08-13 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004122490A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Matsushita Electric Works Ltd | 三次元形状造形物の製造方法 |
| EP2415552A1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-08 | Siemens Aktiengesellschaft | A method for manufacturing a component by selective laser melting |
| RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
| RU2623537C2 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ изготовления деталей послойным лазерным сплавлением металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля |
| RU2635204C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2017-11-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ получения интерметаллидного ортосплава на основе титана |
| RU2713255C1 (ru) * | 2019-09-23 | 2020-02-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава |
| US20210308767A1 (en) * | 2019-09-27 | 2021-10-07 | Jiangsu University | Laser shock peening method for additive manufactured component of double-phase titanium alloy |
| RU2760699C1 (ru) * | 2021-01-25 | 2021-11-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения композиционного материала на основе нитинола |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004122490A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Matsushita Electric Works Ltd | 三次元形状造形物の製造方法 |
| EP2415552A1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-08 | Siemens Aktiengesellschaft | A method for manufacturing a component by selective laser melting |
| RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
| RU2623537C2 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ изготовления деталей послойным лазерным сплавлением металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля |
| RU2635204C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2017-11-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ получения интерметаллидного ортосплава на основе титана |
| RU2713255C1 (ru) * | 2019-09-23 | 2020-02-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава |
| US20210308767A1 (en) * | 2019-09-27 | 2021-10-07 | Jiangsu University | Laser shock peening method for additive manufactured component of double-phase titanium alloy |
| RU2760699C1 (ru) * | 2021-01-25 | 2021-11-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения композиционного материала на основе нитинола |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Literature review of metal additive manufacturing defects | |
| Reschetnik et al. | Fatigue crack growth behavior and mechanical properties of additively processed EN AW-7075 aluminium alloy | |
| Karmuhilan et al. | A review on additive manufacturing processes of inconel 625 | |
| Hermann Becker et al. | The achievable mechanical properties of SLM produced Maraging Steel 300 components | |
| Leuders et al. | On the fatigue properties of metals manufactured by selective laser melting–The role of ductility | |
| Riemer et al. | On the fatigue crack growth behavior in 316L stainless steel manufactured by selective laser melting | |
| Bagherifard et al. | Cold spray deposition of freestanding inconel samples and comparative analysis with selective laser melting | |
| Zhang et al. | Investigation for macro mechanical behavior explicitly for thin-walled parts of AlSi10Mg alloy using selective laser melting technique | |
| CN114411035A (zh) | 适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金及其制备方法 | |
| Spiller et al. | Fabrication and characterization of 316L stainless steel components printed with material extrusion additive manufacturing | |
| Zhang et al. | Sensitivity of liquation cracking to deposition parameters and residual stresses in laser deposited IN718 alloy | |
| RU2824784C2 (ru) | Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления | |
| Yan et al. | Influence of hot isostatic pressing on microstructure, properties and deformability of selective laser melting TC4 alloy | |
| Adjamsky et al. | Influence of the Time Interval between the Deposition of Layers by the SLM Technology on the Structure and Properties of Inconel 718 Alloy | |
| Johnson et al. | Fatigue behavior and failure mechanisms of direct laser deposited Inconel 718 | |
| Harimon et al. | High temperature fatigue characteristics of P/M and hot-forged W-Re and TZM for X-ray target of CT scanner | |
| Aliprandi et al. | Creep behavior of Ti-6Al-4V alloy specimens produced by Electron Beam Melting | |
| CN108044122B (zh) | 一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法 | |
| RU2812102C1 (ru) | Способ получения деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления | |
| Hutasoit et al. | Tensile properties of vacuum heat-treated Ti6Al4V alloy processed by selective laser melting | |
| CN113134626B (zh) | 一种超低温环境用钛合金氢泵叶轮的增材制造方法 | |
| CN115945697A (zh) | 一种基于选区激光熔化损伤容限型钛合金tc4-dt成形工艺方法 | |
| Remshev et al. | Effect of Cold Isostatic Pressing on the Pore Size and Distribution in the High-Chromium High-Temperature Alloys Fabricated by Selective Laser Melting of Metallic Powders | |
| CN114799216A (zh) | 钛合金的热处理方法 | |
| Konečná et al. | Structure, texture and tensile properties of Ti6Al4V produced by selective laser melting |